Исследовательская группа изучает работу клеток и хочет понять, как они воспринимают механические стимулы и реагируют на них.

В журнале Nature Communications опубликовали статью о значительном прогрессе в изучении молекулярных механизмов восприятия клетками механических сил. Это исследование проводилось совместно учёными из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, Университета Дьюка и Медицинского колледжа штата Пенн.

Шумный город клетки

Клетка похожа на шумный город, в котором белки — это рабочие, обеспечивающие его функционирование. Как и городу, клетке приходится приспосабливаться к механическим силам внутри организма: ветру и дождю соответствуют силы, которые воздействуют на клетку. Эти силы влияют на миграцию клеток, развитие тканей и заживление ран.

Мы исследовали белок винкулин, который связывает внутренний скелет клетки (цитоскелет) с внешней средой. С помощью моделирования, белковой инженерии и методов визуализации мы изучили, как винкулин реагирует на направленные силы.

Чтобы понять роль винкулина, представим механизм «док-лок-защёлка» с помощью модели пружины.

Представьте лодку (актин) у причала (винкулин) с подпружиненной защёлкой. Когда лодка подходит с одной стороны, она сжимает пружину, и защёлка фиксирует лодку. Если же лодка приближается с другой стороны, пружина не срабатывает.

Винкулин работает так же: когда силы направлены определённым образом, он образует более прочные связи с актиновыми филаментами. Но если силы действуют иначе, усиленные взаимодействия не происходят.

Винкулин позволяет клеткам чувствовать и реагировать на механические силы, приходящие с разных направлений. Это важно для миграции клеток и развития тканей.

Открытие остатков DAFS

Благодаря инновационному подходу мы обнаружили в винкулине аминокислотные остатки, которые взаимодействуют с актиновыми филаментами — основным структурным компонентом цитоскелета. Эти остатки работают как сенсоры, позволяя винкулину обнаруживать и реагировать на силы, приложенные в разных направлениях.

Чтобы проверить наши выводы, мы создали варианты винкулина без этих остатков и изучили их влияние на клетки. Оказалось, что у клеток с модифицированным винкулином нарушена координация между точками крепления клеток и актиновым цитоскелетом. Это приводит к дефектам в распределении механических нагрузок и способности клеток к направленной миграции.

Работа имеет практическое значение. Понимание того, как клетки реагируют на механические силы, поможет в тканевой инженерии, где важен точный контроль над клетками. Также это способствует изучению рака: мы сможем лучше понять, как возникают и развиваются опухоли.

Потенциальные приложения и будущие направления

Мы продолжаем изучать, как клетки реагируют на механические воздействия. Наши исследования могут привести к новым методам лечения различных заболеваний.

Мы выяснили, какую роль играет винкулин и его остатки DAFS в восприятии силы клетками. Это поможет разработать новые стратегии управления поведением клеток и улучшить здоровье человека.

Это только начало пути к пониманию взаимодействия клеток с механической средой. Надеемся на сотрудничество с коллегами в этой области.